DE60201017T2

DE60201017T2 - Mikrokanalvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE60201017T2
Application number: DE60201017T
Authority: DE
Inventors: Ingram Timothy COX; Christopher Mark TRACEY
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: WO2002064243A1; JP2004531369A; DE60201017D1; JP3974531B2; EP1359998B1; EP1359998A1; TW593122B; ATE273744T1

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Mikrokanalvorrichtung. Insbesondere ist sie auf eine neue Mikrokanalvorrichtung gerichtet, die das Vermischen von zwei oder mehr Flüssigkeiten in einem Mikrokanal erleichtert. Die Erfindung betrifft auch ein neues Verfahren zum Vermischen von zwei oder mehr Flüssigkeiten in einem Mikrokanal.
Eine Mikrokanalvorrichtung ist eine Vorrichtung, die ein oder mehrere Mikrokanäle besitzt, durch welche eine Flüssigkeit fließen kann, wobei der (jeder) Mikrokanal eine senkrecht zu ihm verlaufende Abmessung von zwischen 100 nm und 1 mm besitzt. Zusätzlich zu einem Mikrokanal kann die Vorrichtung weitere Komponenten wie eine Kammer, ein Filter, eine Elektrode, eine Pumpe, ein Ventil oder ein Mischsystem umfassen. Mikrokanäle können aus PTFE, Kunststoff, Glas, Quarz oder durch Mikrozerspanung eines Siliciumwafers gebildet sein.
Mikrokanalvorrichtungen werden für Analyse- und Synthesezwecke verwendet, für welche nur sehr kleine Substanzmengen zur Verfügung stehen. So können beispielsweise die für einen Analysevorgang eingesetzten Reagenzien teuer sein, aber, indem das Verfahren in einer Mikrokanalvorrichtung durchgeführt wird, lassen sich die erforderlichen Chemikalienmengen gering halten, weshalb die Kosten minimiert werden.
Auch kann die Vereinigung mancher Chemikalien aufgrund ihres hoch reaktiven Charakters nur im kleinen Maßstab möglich sein.
Da Mikrokanalvorrichtungen mit relativ niedrigen Kosten in großer Stückzahl hergestellt werden können, kann der Maßstab der Reakti on einfach vergrößert werden, indem die Umsetzung gleichzeitig in der erforderlichen Anzahl von Mikrokanalvorrichtungen durchgeführt wird.
Die Durchführung von Umsetzungen und anderen Vorgängen in einem solch kleinen Maßstab kann jedoch einige signifikante Probleme verursachen. Besondere Sorge bereitet dabei die Vereinigung von zwei oder mehr Flüssigkeiten, die als der erste Schritt für die Auslösung einer chemischen Umsetzung erforderlich ist. Aufgrund der laminaren Strömung reicht es üblicherweise nicht aus, die zwei Flüssigkeiten einfach zusammenfließen zu lassen; da die aneinander angrenzenden Strömungen nur dazu führen, dass die Flüssigkeiten weitgehend unvermischt bleiben. Dabei resultiert diese laminare Strömung aus den kleinen Abmessungen der Kanäle und den niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten, die üblicherweise bei Mikrofluids eingehalten werden. Das Vermischen, das stattfindet, resultiert aus der Diffusion durch die Grenzfläche zwischen den zwei Flüssigkeiten.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, kann darin bestehen, den Fluss jeder zu vermischenden Flüssigkeit in mehrere Ströme aufzuteilen, wobei jeder Strom, wie in 1 gezeigt, einen verringerten Querschnitt besitzt. 1 ist eine schematische Zeichnung eines Teils einer Vorrichtung des Standes der Technik, mit welcher mehrere Ströme erzeugt werden können. Auf einem Siliciumchip 17 ist eine Vielzahl von Mikrokanälen 11, 12, 13, 14, 15 und 16 erzeugt worden. Dabei umfassen die Mikrokanäle 11 bis 16 einen ersten Mikrokanal 11, einen zweiten Mikrokanal 12, einen dritten Mikrokanal 13, einen vierten Mikrokanal 14, einen fünften Mikrokanal 15 und einen sechsten Mikrokanal 16. Der erste Mikrokanal 11 enthält die erste Flüssigkeit und der zweite Mikrokanal 12 die zweite Flüssigkeit. Der Pfeil 18 zeigt die Richtung an, in welcher beide Flüssigkeiten fließen. Der erste Mikrokanal 11 mündet in den dritten 13 und einen vierten Mik rokanal 14, die beide senkrecht zur Strömungsrichtung eine verkleinerte Abmessung haben. Der zweite Mikrokanal 12 strömt in einen fünften 15 und einen sechsten Mikrokanal 16, die ebenfalls beide senkrecht zur Strömungsrichtung einen verringerten Querschnitt haben. Der vierte 14 und fünfte Mikrokanal 15 sind derart hergestellt, dass sie sich kreuzen, aber nicht miteinander in Berührung kommen.
Als Ergebnis des Kreuzens von viertem 14 und fünftem Mikrokanal 15 wird eine räumlich abwechselnde Reihenfolge der Flüssigkeiten erhalten. Dabei ist die Reihenfolge der Flüssigkeiten unten in 1 von rechts nach links: erste Flüssigkeit, zweite Flüssigkeit, erste Flüssigkeit und zweite Flüssigkeit. Die vier Ströme, die in dem dritten 13, vierten 14, fünften 15 und sechsten Mikrokanal 16 enthalten sind, können zu einem einzigen (nicht in 1 gezeigten) Mikrokanal derart vereinigt werden, dass die abwechselnde Reihenfolge und der verringerte Querschnitt erhalten bleiben. Auf diese Weise wird die Wechselwirkung und somit das Vermischen durch Diffusion verbessert.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung ist keine ideale Lösung, da sie relativ komplex und schwierig herzustellen ist. Insbesondere ist es kompliziert, die Kanäle mikromaschinell zu erzeugen, die sich kreuzen, aber nicht miteinander in Berührung kommen. Ein weiteres Problem der Vorrichtung von 1 besteht darin, dass es schwierig ist, das Verhältnis von erster zu zweiter Flüssigkeit im erhaltenen Gemisch zu verändern, da es in großem Maße von den relativen Querschnitten der Mikrokanäle bestimmt wird.
Eine zweite Möglichkeit, mit welcher zwei durch einen Mikrokanal strömende Flüssigkeiten miteinander vereinigt werden können, besteht darin, einfach die Strömungsgeschwindigkeit durch die Mikro kanäle zu erhöhen, bis die Reynolds-Zahlen größer als etwa 2300 sind. Bei solch hohen Reynolds-Zahlen ist die Strömung und folglich auch das Vermischen der Flüssigkeiten turbulent. Für eine Druckgetriebene Strömung können, um ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeiten für Reynolds-Zahlen von über 2300 zu erreichen, Drücke von über 1 Million Pa notwendig sein. Dies erfordert die Verwendung relativ robuster Mikrokanalvorrichtungen, die in der Praxis schwierig herstellbar sein können.
Der folgende Stand der Technik wird für die Erfindung als relevant angesehen. In GB 2 355 414 A ist ein Mikromischer mit einander gegenüber liegenden Düsen beschrieben. In DE 196 11 270 A1 ist ein Mikromischer für sehr kleine Flüssigkeitsvolumina beschrieben. In US 6 150 119 ist die serielle Einleitung mehrerer unterschiedlicher Proben in ein Mikrofluid-Kanalnetzwerk beschrieben.
Ein weiterer relevanter Stand der Technik wurde von A. Deshmukh auf dem "Solid State Sensors and Actuator Workshop", 4. bis 8. Juni 2000, Crowne Plaza Resort, Hilton Head, South Carolina, USA, vorgestellt.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine neue Mikrokanalvorrichtung und ein neues Verfahren zum Vermischen von zwei oder mehr Flüssigkeiten in einem Mikrokanal bereitzustellen, durch welche die zuvor beschriebenen Probleme verringert werden.
Entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Merkmal wird ein Verfahren zum Vermischen von mindestens zwei Flüssigkeiten in einem Mikrokanal bereitgestellt, das die Stufen (a) Einleiten der Flüssigkeiten in den Mikrokanal und (b) Strömen der Flüssigkeiten durch den Mikrokanal umfasst, wobei die Stufe (a) die Schritte (i) Einleiten der Flüssigkeiten in den Mikrokanal in Form einer Vielzahl von Pul sen, und (ii) zeitliches Versetzen der Vielzahl von Pulsen jeder Flüssigkeit relativ zu denjenigen der anderen Flüssigkeiten) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede Flüssigkeit in den Mikrokanal durch mindestens einen Zuflusskanal mit einer Eintrittsöffnung in der Wand des Mikrokanals geleitet wird, wobei die Höhe des Zuflusskanals an der Stelle des Eintritts in den Mikrokanal kleiner als die Höhe des Mikrokanals ist.
Dabei umfasst der hier benutzte Begriff "Flüssigkeit" sowohl Lösungen als auch Suspensionen.
Die Pulse können gebildet werden, indem die Geschwindigkeit, mit welcher jede Flüssigkeit in den Mikrokanal geleitet wird, wiederholt erhöht und verringert wird. Dabei können die Pulse durch wiederholtes Unterbrechen und Beginnen der Strömung der Flüssigkeit in den Mikrokanal gebildet werden. So können beispielsweise die Pulse gebildet werden, indem ein Ventil wiederholt geöffnet und geschlossen wird. Alternativ können die Pulse gebildet werden, indem die Zuleitung jeder Flüssigkeit durch eine regelbare Pumpe modifiziert wird. Die Bildung eines Pulses erfordert nicht die vollständige Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms einer der zu vermischenden Komponenten in den Mikrokanal.
Das Zeitversetzen kann durch sequenzielles Öffnen und Schliessen einer Vielzahl von Ventilen erreicht werden. Durch das Zeitversetzen der Pulse können verschiedene Flüssigkeiten zu verschiedenen Zeitpunkten eingeleitet werden. So kann beispielsweise nur eine der Flüssigkeiten zu einem gegebenen Zeitpunkt eingeleitet werden, indem dafür gesorgt wird, dass ein Ventil geöffnet ist, während das (die) andere(n) Ventil(e) geschlossen ist (sind).
Das Zeitversetzen der Pulse bewirkt, dass die Flüssigkeiten im Mikrokanal wirksamer miteinander vermischt werden. Dabei bedeutet die Effizienz dieses Verfahrens, dass keine hohen Drücke und komplexen Strukturen erforderlich sind. Der Grund für diese Verbesserung des Mischvorgangs ist auf ein gewisses Maß an räumlicher Trennung zwischen den verschiedenen Flüssigkeiten entlang der Länge des Mikrokanals und senkrecht zu ihm zurückzuführen. Ein weiterer Faktor ist das ungleichmäßige Strömungsprofil über die Breite des Mikrokanals, wobei die Strömung in dessen Mitte am schnellsten ist. Die Verbindung dieser zwei Faktoren führt zu einer vergrößerten Grenzfläche der aneinander grenzenden Pulse, solange sie durch den Kanal strömen, und zu einem verkürzten mittleren Diffusionsweg, der für das Vermischen der Pulse erforderlich ist, aufgrund dessen, dass sie mit größer werdender Grenzfläche dünner werden.
Im Gegensatz dazu führen die Verfahren des Standes der Technik oft zu einer räumlichen Trennung der verschiedenen Flüssigkeiten entlang der Breite des Mikrokanals. In diesem Fall wird von dem ungleichmäßigen Strömungsprofil der Mischvorgang nicht gefördert.
Erfindungsgemäß kann es sein, dass die räumliche Trennung entlang der Länge des Mikrokanals, im Gegensatz zur Breite, es dem Strom entlang des Mikrokanals erlaubt, ein Vermischen der verschiedenen Flüssigkeiten zu bewirken. Dabei ist festzustellen, dass eine räumliche Trennung der Komponenten entlang der Länge des Mikrokanals wahrscheinlich am ausgeprägtesten in dem Bereich des Mikrokanals ist, in welchem die Flüssigkeiten eingeleitet werden, wobei eine solche räumliche Trennung aufgrund der ungleichmäßigen Strömung durch den Mikrokanal abnimmt, je weiter die Flüssigkeiten in den Mikrokanal gelangen.
Dabei kann jeder Puls in den Mikrokanal auf eine solche Weise eingeleitet werden, dass er sich mit den einander gegenüberliegenden Seiten des Mikrokanals in Berührung befindet.
Der Zeitraum, innerhalb dessen eines der Ventile geöffnet und geschlossen wird, kann weniger als 5 Sekunden betragen. Der Zeitraum, innerhalb dessen eines der Ventile geschlossen und geöffnet wird, kann weniger als 0,1 Sekunden betragen. Dabei kann zwischen der Öffnung eines Ventils und dem Schließen eines anderen eine Verzögerung eingebaut werden, die weniger als 0,1 Sekunden betragen kann.
Jede Flüssigkeit kann in den Mikrokanal an im Wesentlichen derselben Stelle wie die anderen Flüssigkeiten geleitet werden.
Vorzugsweise kann jede Flüssigkeit in einem Bereich des Mikrokanals mit einer Breite w eingeleitet werden, der eine Länge von kleiner als 5w besitzt, gemessen in der Strömungsrichtung der Flüssigkeiten im Mikrokanal. Besonders bevorzugt können alle Flüssigkeiten in einem Bereich des Mikrokanals eingeleitet werden, der eine Länge von weniger als 2w besitzt.
Vorteilhafterweise wird die Stufe (a) auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Strömung der Flüssigkeiten nach Eintritt in den Mikrokanal im Wesentlichen senkrecht zur Länge des Mikrokanals erfolgt.
Der Mikrokanal kann auf einem Substrat befestigt oder in diesem gebildet werden. Dabei wird in dieser Beschreibung die Bezeichnung "Höhe des Mikrokanals" als Abmessung des Querschnitts des Mikrokanals, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrats steht, und die Bezeichnung "Höhe des Zuflusskanals" als die Abmes sung des Querschnitts des Zuflusskanals an der Stelle des Eintritts des Zuflusskanals in den Mikrokanal, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrats verläuft, definiert.
Die Höhe von dem oder mindestens einem der Zuflusskanäle kann weniger als die Hälfte der Höhe der Mikrokanäle betragen.
Die Höhe von dem oder mindestens einem der Zuflusskanäle kann weniger als ein Zehntel der Höhe des Mikrokanals betragen.
Der Querschnitt von dem oder mindestens einem der Zuflusskanäle kann kleiner als der Querschnitt des Mikrokanals sein.
Der Querschnitt von dem oder mindestens einem der Zuflusskanäle kann kleiner als die Hälfte des Querschnitts des Mikrokanals sein.
Der Querschnitt von dem oder mindestens einem der Zuflusskanäle kann kleiner als ein Zehntel des Querschnitts des Mikrokanals sein.
Vorzugsweise beträgt das Volumen des Mikrokanals weniger als 20 μl. Besonders bevorzugt beträgt das Volumen des Mikrokanals weniger als 5 μl.
Vorteilhafterweise wird die Stufe (a) derart durchgeführt, dass mindestens einer der Pulse aus einer Flüssigkeit sich in Berührung mit dem Puls aus einer anderen Flüssigkeit befindet, wenn er in den Mikrokanal gelangt.
Ort, Druck und Zeitpunkt, mit welchen eine Flüssigkeit eingeleitet wird, können derart sein, dass im Ergebnis der Wechselwirkung zwischen den oder mindestens zwei der Flüssigkeiten im Mikrokanal Wirbel erzeugt werden.
Dabei kann die Wirbelbildung durch Einleitung der Flüssigkeiten in den Mikrokanal deren Vermischen unterstützen.
Der Mikrokanal kann mindestens eine Abmessung des Querschnitts haben, die kleiner als 100 μm ist. Er kann einen Querschnitt von weniger als 10000 μm² besitzen.
Die Einleitung von den oder mindestens zwei der Flüssigkeiten in den Mikrokanal kann derart durchgeführt werden, dass der Flüssigkeitsstrom an dem Ende des Mikrokanals, das von dem Bereich entfernt ist, in welchem die Flüssigkeiten eingeleitet werden, über einen Zeitraum von länger als 100 Sekunden im Wesentlichen kontinuierlich ist.
Viele Synthese- und Analyseverfahren erfordern einen relativ konstanten Strom von Reaktant oder Produkt, ein Kriterium, das die Erfindung erfüllen kann. So ermöglicht beispielsweise ein kontinuierlicher Betrieb von Ventilen, durch welche die Flüssigkeiten eingeleitet werden, einen kontinuierlichen Ausstoß des Mikrokanals.
Dabei kann die Zusammensetzung des erhaltenen Gemischs verändert werden, indem die relative Dauer der Pulse verändert wird. So kann beispielsweise, wenn eine erste Flüssigkeit mit einer zweiten zu vermischen ist, der Anteil der ersten Flüssigkeit vergrößert werden, indem die Pulslänge der ersten Flüssigkeit, bezogen auf diejenige der zweiten Flüssigkeit, erhöht wird.
Auch hier wieder ist dies ein signifikantes Merkmal hinsichtlich vieler Synthese- und Analyseanwendungen, die eine Variierung des Anteils eines Reaktanten für eine gegebene Mischung erfordern.
Sollen zwei Flüssigkeiten vermischt werden, können hohe Mischungsverhältnisse von beispielsweise 10 : 1, 100 : 1 und 1000 : 1 erreicht werden.
Vorzugsweise werden Bildung und Zeitversetzung der Pulse derart durchgeführt, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine Flüssigkeit in den Mikrokanal geleitet wird. Besonders bevorzugt werden Bildung und Zeitversetzung der Pulse derart durchgeführt, dass die in den Mikrokanal geleitete Flüssigkeit wiederholt gewechselt wird.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren eine weitere Stufe der Verwendung einer elektronischen Komponente zur Regelung der Dauer eines jeden Pulses. Besonders bevorzugt umfasst die elektronische Komponente einen Computer.
Vorteilhafterweise sind die Abmessungen des Mikrokanals und die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeiten in ihn geleitet werden, derart, dass der Flüssigkeitsstrom durch den Mikrokanal über dessen Breite ungleichmäßig ist. Noch vorteilhafter verläuft der Flüssigkeitsstrom durch den Mikrokanal im Wesentlichen parabolisch. Anders ausgedrückt, ist die Geschwindigkeitsverteilung entlang mindestens einer Linie des Querschnitts im Wesentlichen parabolisch. Dabei wird angenommen, dass dieser parabolische Strom zu einer größeren Wechselwirkung der verschiedenen miteinander zu vermischenden Komponenten, einer Vergrößerung der Fläche der Wechselwirkung, einer Verringerung des räumlichen Abstandes und damit der Entfernung, die für die Diffusion erforderlich ist, damit der Mischvorgang stattfindet, je weiter die Pulse durch den Mikrokanal strömen, führt.
Vorzugsweise wird der Strom jeder Flüssigkeit durch den Mikrokanal ausschließlich von der Einleitung jeder der Flüssigkeiten in den Mikrokanal verursacht. Anders ausgedrückt, wird der Strom jeder Flüs sigkeit durch den Mikrokanal nicht von der Einleitung eines Gases in den Mikrokanal bewirkt. Dabei kann Gas eingesetzt werden, um auf die zu vermischenden Flüssigkeiten einen Druck auszuüben, wobei vorausgesetzt wird, dass der Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit nicht im Mikrokanal stattfindet. Alternativ kann der Strom durch eine Mikrofluidpumpe oder ein elektrokinetisches Phänomen ausgelöst werden.
Die Stufe (b) kann den Schritt eines elektrokinetischen Pumpens mindestens einiger der Flüssigkeiten in den Mikrokanal umfassen. Stufe (b) kann den Schritt des elektrokinetischen Pumpens mindestens einiger der Flüssigkeiten in den Mikrokanal auf eine solche Weise umfassen, dass ein parabolischer Strom erzeugt wird.
Dadurch, dass jede Flüssigkeit durch den Mikrokanal ohne die Verwendung eines Gases in diesem strömt, wird die Gefahr einer Kontaminierung entweder durch Lösung des Gases in der Flüssigkeit oder durch Blasenbildung minimiert.
Vorteilhafterweise umfasst die Stufe (a) den Schritt der Einleitung jeder Flüssigkeit in den Mikrokanal durch eine elektrokinetische Pumpe.
Vorzugsweise wird die Stufe (a) derart durchgeführt, dass jeder Puls mit dem Bereich der Mikrokanalwand in Berührung kommt, der im Wesentlichen dem Zuflusskanal gegenüber liegt, durch welchen er eingeleitet worden ist.
Indem Stufe (a) auf diese Weise durchgeführt wird, ist es möglich, einen Puls zu bilden, der mit dem Bereich des Zuflusskanals und mit dem Bereich der Mikrokanalwand, der dem Zuflusskanal gegenüber liegt, in Berührung kommt. Der Strom eines Pulses an den einander gegenüber liegenden Berührungspunkten entlang des Kanals wird in Bezug auf den Strom entlang des Kanals an den Punkten entlang der die einander gegenüber liegenden Berührungspunkte verbindenden Linie gehemmt. Dabei wird angenommen, dass der Mischungsvorgang durch die Differenz der Durchflussgeschwindigkeiten zwischen der Mitte und den Rändern eines Pulses verbessert wird.
Stufe (a) kann den Schritt umfassen, in welchem jeder Puls dazu gebracht wird, mit zwei Punkten des Mikrokanals auf eine solche Weise in Berührung zu kommen, dass eine Linie zwischen diesen Berührungspunkten im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung durch den Mikrokanal steht.
Vorteilhafterweise wird jeder Puls durch mindestens zwei Zuflusskanäle eingeleitet. Noch vorteilhafter sind die zwei oder zwei der Zuflusskanäle, durch welche jeder Puls eingeleitet wird, im Wesentlichen einander gegenüber angeordnet.
Die Flüssigkeit von den zwei oder mehreren Zuflusskanälen strömt zusammen in den Mikrokanal, um den jeweiligen Puls zu bilden. Dabei erlaubt die Bildung des jeweiligen Pulses durch den Flüssigkeitsstrom durch zwei oder mehr Zuflusskanäle jedem Puls, mit dem Mikrokanal an Punkten in dem Bereich der Zuleitungen, durch welche der Puls eingeleitet worden ist, die voneinander entfernt sind, in Berührung zu kommen. Der Strom aus jedem Puls wird an den Berührungspunkten gehemmt, wodurch der Mischvorgang unterstützt wird.
Stufe (b) kann den Schritt umfassen, dass durch eine hydrophobe Membran ein Gasdruck auf die im Mikrokanal befindliche Flüssigkeit ausgeübt wird.
Entsprechend einem zweiten erfindungsgemäßen Merkmal wird eine Mikrokanalvorrichtung bereitgestellt, die einen Mikrokanal und Mittel für die Einleitung von Flüssigkeiten zum Einleiten von mindestens zwei Flüssigkeiten in den Mikrokanal durch mindestens einen Zuflusskanal mit einer Eintrittsöffnung in der Wand des Mikrokanals umfasst, wobei die Mittel für die Einleitung von Flüssigkeiten Pulsmittel für die Einleitung einer jeden Flüssigkeit in den Mikrokanal in Form einer Vielzahl von Pulsen und, um die Pulse jeder Flüssigkeit relativ zu den Pulsen der anderen Flüssigkeiten) zeitlich zu Zeitversetzen, umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des oder jedes Zuflusskanals am Eintrittspunkt in den Mikrokanal kleiner als die Höhe des Mikrokanals ist.
Dabei kann der oder jeder Zuflusskanal im Wesentlichen senkrecht zum Mikrokanal stehen.
Ein Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit kann ein mit einer der Flüssigkeiten verbundenes Ventil umfassen, wobei Ventil, Mikrokanal und Flüssigkeit derart angeordnet sind, dass das Öffnen und anschließende Schließen des Ventils einen in den Mikrokanal abzugebenden Flüssigkeitspuls verursacht.
Vorzugsweise umfasst das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit eine Vielzahl von Ventilen.
Besonders bevorzugt umfasst das Regelungsmittel ein Mittel zum sequenziellen Öffnen und Schließen eines jeden Ventils der Vielzahl von Ventilen. Noch mehr bevorzugt umfasst das Regelungsmittel ein Mittel zum Öffnen von ausschließlich einem Ventil zu einem gegebenen Zeitpunkt und zum Sicherstellen, dass das (die) andere(n) Ventil(e) geschlossen ist (sind). Am meisten bevorzugt umfasst das Rege lungsmittel ein Mittel für die wiederholte Veränderung, welches Ventil der Vielzahl von Ventilen zu einem gegebenen Zeitpunkt geöffnet ist.
Das Regelungsmittel kann ein Mittel zur Bildung der Vielzahl von Pulsen durch wiederholtes Unterbrechen und Auslösen des Flüssigkeitsstroms in den Mikrokanal umfassen.
Das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit kann eine elektrokinetische Pumpe, die mit einer der Flüssigkeiten verbunden ist, umfassen, wobei elektrokinetische Pumpe, Mikrokanal und Flüssigkeit derart angeordnet sind, dass die Aktivierung der elektrokinetischen Pumpe einen in den Mikrokanal abzugebenden Flüssigkeitspuls auslöst. Dabei kann die elektrokinetische Pumpe auf eine solche Weise angeordnet und aktiviert werden, dass entlang des Mikrokanals ein ungleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil erzeugt wird. Die elektrokinetische Pumpe kann auf eine solche Weise angeordnet und aktiviert werden, dass entlang des Mikrokanals ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil erzeugt wird.
Vorzugsweise umfasst das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit eine Vielzahl elektrokinetischer Pumpen. Besonders bevorzugt umfasst das Regelungsmittel ein Mittel zur sequenziellen Aktivierung und Deaktivierung jeder der elektrokinetischen Pumpen. Noch mehr bevorzugt umfasst das Regelungsmittel ein Mittel zur ausschließlichen Aktivierung einer elektrokinetischen Pumpe zu einem gegebenen Zeitpunkt und zum Sicherstellen, dass die andere(n) elektrokinetische(n) Pumpe(n) inaktiv ist (sind). Am meisten bevorzugt umfasst das Regelungsmittel ein Mittel zur wiederholten Veränderung, welche Pumpe der Vielzahl elektrokinetischer Pumpen zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiviert ist.
Die Mittel für die Einleitung der Flüssigkeiten in den Mikrokanal in Form einer Vielzahl von Pulsen können eine derartige Konstruktion haben, dass sich jeder Puls mit den einander gegenüberliegenden Seiten des Mikrokanals in Berührung befindet.
Jedes Ventil kann über einen Zuflusskanal mit dem Mikrokanal verbunden sein.
Vorzugsweise kann die oder jede Eintrittsöffnung in einem Bereich des Mikrokanals mit einer Länge von weniger als 10 mm gebildet sein. Besonders bevorzugt kann die oder jede Eintrittsöffnung innerhalb eines Bereichs des Mikrokanals mit einer Länge von weniger als 5 mm gebildet sein.
Vorteilhafterweise ist das Pulsmittel auf eine solche Weise aufgebaut, dass der Strom einer jeden Flüssigkeit in den Mikrokanal im Wesentlichen senkrecht zu dessen Länge erfolgt.
Die Höhe des oder jedes Zuflusskanals an der Eintrittsstelle in den Mikrokanal kann kleiner als die Hälfte der Höhe des Mikrokanals sein.
Die Höhe des oder jedes Zuflusskanals an der Eintrittsstelle in den Mikrokanal kann weniger als ein Zehntel der Höhe des Mikrokanals betragen.
Der Querschnitt des oder jedes Zuflusskanals kann kleiner als der Querschnitt des Mikrokanals sein.
Der Querschnitt des oder jedes Zuflusskanals kann kleiner als die Hälfte des Querschnitts des Mikrokanals sein.
Der Querschnitt des oder jedes Zuflusskanals kann weniger als ein Zehntel des Querschnitts des Mikrokanals betragen.
Wenigstens ein Teil der einem jeden Ventil zugeordneten Flüssigkeit kann in einem Vorratsbehälter auf eine solche Weise enthalten sein, dass die Flüssigkeit von diesem in das Ventil fließen kann.
Vorzugsweise hat der Mikrokanal eine kleinste Abmessung des Querschnitts von zwischen 500 μm und 100 nm. Besonders bevorzugt hat der Mikrokanal eine kleinste Abmessung des Querschnitts von zwischen 100 μm und 1 μm.
Der Mikrokanal kann mindestens zwei Unterkanäle enthalten, wobei jeder Unterkanal im Wesentlichen parallel zum Mikrokanal verläuft, der Querschnitt eines jeden Unterkanals kleiner als derjenige des Mikrokanals ist und jeder Unterkanal sich im Mikrokanal befindet.
Vorausgesetzt, dass jeder Unterkanal ausreichend lang ist, kann in ihm ein parabolischer Strom erzeugt werden. Durch den Aufbau eines parabolischen Stroms in jedem Unterkanal wird der Mischvorgang unterstützt.
Vorteilhafterweise umfasst das Regelungsmittel ein Mittel, um es nur einer der Flüssigkeiten zu ermöglichen, zu einem gegebenen Zeitpunkt in den Mikrokanal geleitet zu werden. Noch vorteilhafter umfasst das Regelungsmittel ein Mittel zur wiederholten Veränderung, welche der Flüssigkeiten in den Mikrokanal zu leiten ist.
Vorzugsweise umfasst das Regelungsmittel eine elektronische Komponente. Noch vorteilhafter umfasst das Regelungsmittel einen Computer. Am vorteilhaftesten umfasst das Regelungsmittel einen Computer, der programmiert ist, um in Echtzeit zu arbeiten.
Das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit kann einen derartigen Aufbau haben, dass jeder Puls derart durch einen Zuflusskanal eingeleitet wird, dass jeder Puls mit einem Bereich der Mikrokanalwand in Berührung kommt, der im Wesentlichen dem Zuflusskanal gegenüber liegt, durch welchen er eingeleitet worden ist.
Das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit kann einen derartigen Aufbau haben, dass jeder Puls durch mindestens zwei Zuflusskanäle eingeleitet wird. Besonders bevorzugt hat das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit einen derartigen Aufbau, dass jeder Puls durch zwei Zuflusskanäle eingeleitet wird, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Mikrokanals angeordnet sind.
Vorteilhafterweise ist der Mikrokanal an einem Ende im Wesentlichen geschlossen. Noch vorteilhafter ist der Mikrokanal an dem Ende geschlossen, das im Wesentlichen an die oder mindestens einen der Zuflusskanäle angrenzt.
Die Erfindung wird anschließend beispielhaft unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher erläutert, wobei
1 eine schematische Zeichnung eines Teils einer Mikrokanalvorrichtung des Standes der Technik,
2 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung,
3 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung, die mindestens zwei Unterkanäle enthält,
4 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung, in welcher jeder Flüssigkeitspuls durch zwei Zuflusskanäle eingeleitet wird,
5 eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung, in welcher jeder Zuflusskanal senkrecht zum Mikrokanal steht,
6 die Lichtabsorption einer erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung, die zwei Flüssigkeiten enthält, als Funktion der Entfernung entlang des Mikrokanals und
7 Versuchsergebnisse, welche die Einleitung von Pulsen in einen Mikrokanal durch ein erfindungsgemäßes Verfahren betreffen,
zeigt.
2 zeigt eine schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung, die insgesamt mit 21 nummeriert ist. Ein erster 22 und ein zweiter Vorratsbehälter 23 sind über ein erstes 25 und ein zweites Ventil 26 und Durchflussbegrenzer 27, 28, 31 und 32 mit einem Mikrokanal 24 verbunden. Der erste Vorratsbehälter 22 enthält eine erste Flüssigkeit und der zweite Vorratsbehälter 23 enthält eine zweite Flüssigkeit. Nur für dieses Beispiel wird angenommen, dass die erste Flüssigkeit eine wässrige Lösung eines ersten wasserlöslichen Farbstoffs ist und die zweite Flüssigkeit eine wässrige Lösung eine zweiten wasserlöslichen Farbstoffs ist.
Der Querschnitt des Mischungs-Mikrokanals 24 hat die Abmessungen von 1 mm × 100 μm. Anders ausgedrückt hat der Mikrokanal 24 eine Breite von 1 mm und eine Höhe von 100 μm. Die Gesamtlän ge des Mikrokanals 24 beträgt 19 cm und ist schlangenförmig angeordnet, um Platz zu sparen. Der Mikrokanal 24 ist hergestellt, indem zwei Schichten aus Polymethylmethacrylat (PMMA) durch Ausüben eines Drucks bei 120°C miteinander verbunden wurden. Die Mikrokanalstrukturen wurden in einer der PMMA-Schichten durch Mikrofräsen ausgebildet. Durch die andere PMMA-Schicht sind Anschlussleitungen gebildet, um den Anschluss an die innen liegende Mikrokanalstruktur zu erlauben. Um einen leichten Anschluss von Kunststoffschläuchen zu ermöglichen, sind in die Anschlussleitungen Metallröhrchen geklebt.
Mittels Druckluft wird ein Druck von 40 kPa auf die erste und die zweite Flüssigkeit ausgeübt. Der Zufluss von erster und zweiter Flüssigkeit zum Mikrokanal 24 wird von zwei Ventilen 25 und 26 geregelt. Somit wird der Gasdruck verwendet, um die erste und die zweite Flüssigkeit in den Mikrokanal 24 einzuleiten, wobei er jedoch selbst nicht in den Mikrokanal 24 gelangt.
Das erste 25 und das zweite Ventil 26 sind an ein (nicht in 2 gezeigtes) Regelungsmittel angeschlossen, das regelt, ob das erste 25 und das zweite Ventil 26 geöffnet oder geschlossen ist. Das Regelungsmittel kann so programmiert werden, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eines von erstem 25 und zweitem Ventil 26 geöffnet ist. Das Regelungsmittel kann auch abwechselnd auswählen, welches der zwei Ventile 25, 26 geöffnet ist, so dass abwechselnde Pulse aus der ersten und zweiten Lösung in den Mikrokanal 24 abgegeben werden. Auf diese Weise wird die Einleitung der ersten und der zweiten Flüssigkeit zeitlich versetzt, so dass die erste Flüssigkeit nicht zeitgleich mit der zweiten Flüssigkeit eingeleitet wird.
Die Dauer eines jeden Pulses, um die erste oder die zweite Flüssigkeit zu wechseln, beträgt etwa 0,8 Sekunden. Dabei werden in den Mik rokanal 24 1,2 Pulse pro Sekunde abgegeben. Indem die Pulse zeitlich versetzt werden, tritt ein gewisses Maß an räumlicher Trennung zwischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit entlang der Länge des Mikrokanals 24 auf. Dabei ist die räumliche Trennung in dem Bereich des Mikrokanals 24 am größten, in welchem die zwei Flüssigkeiten eingeleitet werden. Sowie sich die zwei Flüssigkeiten durch den Mikrokanal 24 bewegen, werden sie miteinander vermischt.
Die Ventile 25 und 26 sind kommerziell erhältliche Elektromagnetventile. Jedes Ventil 25 und 26 verdrängt Flüssigkeit, wenn es schließt, und übt eine Pumpwirkung aus. Die Pumpwirkung kann minimiert werden, indem Durchflussbegrenzer 27, 28, 31 und 32 auf beiden Seiten eines Ventils angebracht werden. Jeder Durchflussbegrenzer hat eine Länge von 5 mm, eine Höhe von 40 μm und eine Breite von 100 μm.
Indem die Durchflussbegrenzer 27, 28, 31 und 32 auf beiden Seiten eines Ventils angeordnet werden, wird der Einfluss des Flüssigkeitsstroms im Mikrokanal bei der Schließwirkung des ersten 25 und des zweiten Ventils 26 minimiert. Das Schließen von erstem 25 und zweitem Ventil 26 verursacht eine Druckerhöhung im Bereich der Ventile 25, 26. Die Anordnung der Durchflussbegrenzer führt dazu, dass der Mikrokanal vor der Pumpwirkung der Elektromagnetventile 25, 26 geschützt wird.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform von 2 bilden die Durchflussbegrenzer 27 und 28 die Zuflusskanäle, durch welche die erste und die zweite Flüssigkeit in den Mikrokanal eingeleitet werden. Anders ausgedrückt, sind die Abmessungen der Zuflusskanäle der Ausführungsform von 2: 40 Mikrometer (Höhe), 100 Mikrometer (Breite) und 5 mm (Länge).
Nachdem ein Gemisch aus erster und zweiter Flüssigkeit in den Mikrokanal 24 abgegeben worden ist, kann die in diesem enthaltene Flüssigkeit durch Ausüben eines Gasdrucks auf diese abgegeben werden. Der Druck wird, geeigneterweise mit 10 kPa, über eine Gasleitung 30 ausgeübt, die über eine hydrophobe Membran 29 angeschlossen ist, die den Durchgang des Gases, aber nicht den von auf Wasser basierenden Flüssigkeiten erlaubt. Somit wird, wenn die Flüssigkeit über die Ventile 25 und 26 in den Mikrokanal 24 abgegeben worden ist, der Flüssigkeitsstrom von der hydrophoben Membran 29 unterbrochen. Die Abgabe der Flüssigkeit durch den Mikrokanal 24 auf diese Weise verursacht ebenfalls eine Mischwirkung.
In einer nicht in den Figuren gezeigten weiteren Ausführungsform kann eine erfindungsgemäße Mikrokanalvorrichtung eine identische Konstruktion mit der der Vorrichtung von 2 haben, vorausgesetzt, dass die Höhe des Mikrokanals 200 Mikrometer beträgt.
In 3 ist eine insgesamt mit 31 nummerierte Mikrokanalvorrichtung gezeigt, die einen Mikrokanal 32 und Zuflusskanäle 35, 36 umfasst. Der Mikrokanal umfasst drei Unterkanäle 33, die von Leiteinrichtungen 34 gebildet werden. Dabei strömen die Flüssigkeiten entlang der Länge des Mikrokanals 31 und vermischen sich dabei. Sind die Unterkanäle ausreichend lang, dann kann sich ein parabolischer Flüssigkeitsstrom durch den Unterkanal bilden. Durch das Vorhandensein der Leiteinrichtung 34 wird deshalb die Mischwirkung zwischen den Flüssigkeiten vergrößert, im Vergleich mit derjenigen, die ohne die Leiteinrichtungen 34 erreicht würde.
In 4 ist eine insgesamt mit 41 nummerierte Mikrokanalvorrichtung mit ersten Zuflusskanälen 42, 43 und zweiten Zuflusskanälen 44, 45 gezeigt. Die Zuflusskanäle 42, 43, 44 und 45 bilden Eintrittsöffnungen 42a, 43a, 44a und 45a in der Wand des Mikroka nals 46. Durch die ersten Zuflusskanäle 42 und 43 wird eine erste Flüssigkeit und durch die zweiten Zuflusskanäle 44 und 45 eine zweite Flüssigkeit eingeleitet. Die erste und die zweite Flüssigkeit werden in Form einer Vielzahl von Pulsen eingeleitet. Dabei wird jeder Puls aus der ersten Flüssigkeit durch den im Wesentlichen zeitgleichen Flüssigkeitsstrom durch beide erste Zuflusskanäle 42, 43 gebildet. Jeder Puls aus der zweiten Flüssigkeit wird von dem im Wesentlichen zeitlichen Flüssigkeitsstrom durch beide zweite Zuflusskanäle 44, 45 gebildet. Die zwei ersten Zuflusskanäle 42, 43 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Mikrokanals angeordnet, und die zwei zweiten Zuflusskanäle 44, 45 sind ebenfalls auf einander gegenüberliegenden Seiten des Mikrokanals angeordnet. Durch diese Anordnung der Zuflusskanäle 42, 43, 44 und 45 wird eine stärkere Wechselwirkung der zwei Flüssigkeiten erreicht, wenn sie durch den Mikrokanal strömen. In 5 ist eine schematische Zeichnung einer weiteren erfindungsgemäßen Mikrokanalvorrichtung gezeigt, die insgesamt mit 51 nummeriert ist. Dabei ist die Mikrokanalvorrichtung gleich der in 3 gezeigten, enthält jedoch keine Unterkanäle. Die Abmessungen des Querschnitts des Mikrokanals 52 betragen 1 mm (Breite) mal 200 Mikrometer (Höhe). Die Zuflusskanäle 53 besitzen Querschnittsabmessungen von 100 Mikrometern (Breite) mal 40 Mikrometer (Höhe). Die Zuflusskanäle 53 sind so angeordnet, dass sie senkrecht zum Mikrokanal 52 verlaufen, und das an den Zuflusskanal 53 angrenzende Ende des Mikrokanals 52 ist geschlossen. Die Wände des Mikrokanals 52 von 5 sind aus einem transparenten Material hergestellt.
In 6 sind die Ergebnisse eines Versuchs gezeigt, der mit der in 5 gezeigten Vorrichtung durchgeführt wurde. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurden Pulse aus Wasser und einer wässrigen roten Farbstofflösung in den in 5 gezeigten Mikrokanal geleitet. Das Diagramm von 6 zeigt die Konzentration des roten Farbstoffs in der Mitte des Mikrokanals gegen die Entfernung im Mikrokanal. Die Konzentration des roten Farbstoffs im Mikrokanal wurde bestimmt, indem die Lichtabsorption der Flüssigkeit im Mikrokanal gemessen wurde. Diese Konzentration wurde aus dem Lambert-Beerschen Gesetz errechnet. In 6 ist der Mischungswirkungsgrad der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen veranschaulicht.
CFD (Flume CAD (RTM) (Conventor)) wurde zur Untersuchung des Vermischens von zwei Flüssigkeiten durch ein erfindungsgemäßes Verfahren angewendet. Die Ergebnisse einer 2D-Berechnung sind in 7(a) gezeigt. In 7(a) ist das Einleiten eines Pulses durch einen der Zuflusskanäle 71 gezeigt. Wie den Ergebnissen von 7(a) zu entnehmen, erreicht der Puls die gegenüber liegende Wand des Mikrokanals 72 nicht.
In 7(b) sind die Ergebnisse für dieselbe Mikrokanalvorrichtung wie von 7(a) gezeigt. Die Berechnung von 7(b) wurde jedoch für eine 3D-Simulation durchgeführt. Der Grund für die Differenz der Ergebnisse von 7(a) und 7(b) liegt darin, dass in der Berechnung von 7(b) die Höhendifferenz von Zuflusskanal 71 und Mikrokanal 72 berücksichtigt wurde. Da die Ergebnisse von 7(a) für eine 2D-Berechnung gelten, wurde die Höhe des Zuflusskanals so behandelt, als wenn sie gleich der Höhe des Mikrokanals für diese Ergebnisse wäre. Die Ergebnisse von 7 zeigen deshalb, dass es vorteilhaft ist, dass die Höhe der Zuflusskanäle kleiner als diejenige des Mikrokanals ist.

Claims

Verfahren zum Vermischen von mindestens zwei Flüssigkeiten in einem Mikrokanal, das die Stufen (a) Einleiten jeder der Flüssigkeiten in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) und (b) Strömen jeder der Flüssigkeiten durch den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) umfasst, wobei die Stufe (a) die Schritte (i) Einleiten jeder der Flüssigkeiten in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) in Form einer Vielzahl von Pulsen, und (ii) zeitliches Versetzen der Vielzahl von Pulsen jeder Flüssigkeit relativ zu denjenigen der anderen Flüssigkeiten) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede Flüssigkeit in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) durch mindestens einen Zuflusskanal (27, 28, 35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) mit einer Eintrittsöffnung in der Wand des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) geleitet wird, wobei die Höhe des Zuflusskanals (27, 28, 35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) an der Stelle des Eintritts in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) kleiner als die Höhe des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Stufe (a) derart durchgeführt wird, dass jeder Puls mit einem Bereich der Mikrokanalwand in Berührung kommt, der sich im Wesentlichen gegenüber dem Zuflusskanal (27, 28, 35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) befindet, durch welchen er eingeleitet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei Stufe (a) derart durchgeführt wird, dass jede Flüssigkeit an im Wesentlichen derselben Stelle in den Mikrokanal (24, 32, 52, 72) wie die anderen Flüssigkeiten in den Mikrokanal (24, 32, 52, 72) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ort, Druck und Zeit, mit welchen jede Flüssigkeit eingeleitet wird, derart sind, dass als Ergebnis der Wechselwirkung zwischen den oder mindestens zwei der Flüssigkeiten sich im Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) Wirbel bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Stufe (a) derart durchgeführt wird, dass der Flüssigkeitsstrom am Ende des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72), das von dem Bereich entfernt ist, in welchem die Flüssigkeiten eingeleitet werden, über einen Zeitraum von länger als 100 Sekunden im Wesentlichen kontinuierlich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeiten in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) eingeleitet werden, in Bezug auf die Abmessungen des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) derart gewählt wird, dass der Flüssigkeitsstrom durch den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) ein im Wesentlichen parabolischer ist.
Mikrokanalvorrichtung, die einen Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) und Mittel für die Einleitung von Flüssigkeiten (22, 23, 25, 26) zum Einleiten von mindestens zwei Flüssigkeiten in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) durch mindestens einen Zuflusskanal (27, 28, 35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) mit einer Eintrittsöffnung in der Wand des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) umfasst, wobei die Mittel für die Einleitung von Flüssigkeiten (22, 23, 25, 26) Pulsmittel für die Einleitung jeder Flüssigkeit in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) in Form einer Vielzahl von Pulsen und um die Pulse jeder Flüssigkeit relativ zu den Pulsen der anderen Flüssigkeiten) zeitlich zu versetzen, umfassen, da durch gekennzeichnet, dass die Höhe des oder jedes Zuflusskanals (27, 28, 35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) am Eintrittspunkt in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) kleiner als die Höhe des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) ist.
Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der oder jeder Zuflusskanal (35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) zum Mikrokanal (32, 46, 52, 72) im Wesentlichen senkrecht verläuft.
Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit ein Ventil (25, 26), das mit einer der Flüssigkeiten verbunden ist, umfasst, wobei Ventil (25, 26), Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) und Flüssigkeit derart angeordnet sind, dass das Öffnen und anschließende Schließen des Ventils (25, 26) einen Flüssigkeitspuls erzeugt, der in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) abgegeben wird.
Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Mittel für die Einleitung einer Flüssigkeit eine Vielzahl von Ventilen (25, 26) umfasst.
Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin die oder jede Eintrittsöffnung in einem Bereich des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) mit einer Länge von weniger als 10 mm gebildet ist.
Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, worin die kleinste Abmessung des Querschnitts des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) zwischen 1 mm und 100 nm beträgt.
Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, worin die Höhe des oder jedes Zuflusskanals (27, 28, 35, 36, 42, 43, 44, 45, 53, 71) am Punkt des Eintritts in den Mikrokanal (24, 32, 46, 52, 72) weniger als die Hälfte der Höhe des Mikrokanals (24, 32, 46, 52, 72) beträgt.
Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei der Mikrokanal (32) mindestens zwei Unterkanäle (33) umfasst, wobei jeder Unterkanal (33) im Wesentlichen parallel zum Mikrokanal (32) verläuft, der Querschnitt jedes Unterkanals (33) kleiner als derjenige des Mikrokanals (32) ist und jeder Unterkanal (33) sich im Mikrokanal (32) befindet.